【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于電解水催化劑材料，涉及一種納米顆粒搭建的三維大孔結構氧化銥材料及其制備和應用。
技術介紹
1、21世紀以來，全球對能源的需求不斷增長，同時對環境的關注也日益加深。傳統化石能源如煤、石油和天然氣雖然在推動工業發展和滿足人類生活需求方面發揮了重要作用，但其不可再生性和燃燒后產生的二氧化碳等溫室氣體，導致了資源枯竭和環境惡化等問題。因此，開發清潔、可再生的能源，已經成為解決全球能源危機和環境問題的關鍵途徑。氫能被認為是21世紀最具前景的清潔能源之一，因其能量密度高、利用形式靈活、清潔無污染，可與多種能源耦合等優點，在低碳能源轉型中占據重要地位。在各種制氫方法中，電解水技術因其操作簡單、產物純度高，易分布式布置，并且可利用可再生能源發電進行驅動，引起了業界的廣泛關注與重視。相對于傳統的堿性(alk)電解水技術，質子交換膜(pem)電解水技術具有產氫純度更高(≥99.99％)、體積更小、響應更快、能更好自洽可再能生能源波動性的優點，是未來電解水技術發展的重要方向。
2、與析氫反應相比，析氧反應涉及復雜的4e-/4h+轉移過程及o-o鍵生成步驟，具有較高的過電位和較慢的動力學，成為水分解制氫的瓶頸半反應，因此迫切需要開發性能優異的電催化劑以降低反應能壘，進而降低大規模電解水的能耗和經濟成本。氧化銥(iro2)作為一種貴金屬氧化物，憑借其高導電性、耐腐蝕性以及在強酸性條件下的穩定性，在電催化水氧化過程中表現出優異的催化活性和電化學穩定性，被認為是目前pem電解水最有效的水氧化電催化劑。然而，iro2材料在實際應用中仍
3、針對這些問題，開發具有高粗糙度表面的三維大孔結構iro2催化劑材料是一種具有潛力的解決方案。但是，目前缺乏簡便高效的制備方法來構筑孔道連續豐富，孔壁納米粗糙化的三維大孔iro2納米材料，本專利技術也正是基于此而提出的。
技術實現思路
1、本專利技術的目的就是為了提供一種納米顆粒搭建的三維大孔結構氧化銥材料及其制備和應用。
2、申請人通過研究發現，三維大孔結構催化劑具備多方面的優勢：i)大孔結構孔徑可調，能夠有效增加催化劑的比表面積，暴露更多的活性位點，從而提高催化劑的整體催化性能。ii)大孔通道有助于反應物和產物的快速傳遞與擴散，特別是工業大電流條件下減少傳質阻力，從而提高催化效率。iii)三維連續結構的構筑可形成連續的導電通道，降低極化電阻。iv)三維連續結構的構筑還可以增強材料的機械強度，增加催化劑的結構穩定性，從而延長其使用壽命。v)特別地，孔壁由納米顆粒組成的三維大孔結構催化劑具有更加顯著的優勢，納米顆粒能夠提供更多的活性位點，通過其高比表面積提高反應速率。
3、然而，目前在實際應用中相關催化劑的制備仍面臨諸多挑戰，特別是構筑孔道連續豐富，孔壁納米粗糙化的三維大孔iro2納米材料需要同時協調與兼顧三維大孔的結構穩定性、孔徑大小的可調控性、孔壁的納米粗糙化、以及從ir(0)到iro2的價態調控等多方面因素。例如，聚合物模板劑的玻璃化轉變溫度和分解溫度與銥鹽前驅體分解溫度之間需要很好匹配，才能形成連續的孔道結構；又如，特定表面活性劑使用對于孔壁的納米粗糙化可能是必須的，同時也要求其在催化劑煅燒制備的過程中能夠分解消失，另一方面，不同表面活性劑由于其結構性質方面的巨大差別，其在特定體系中應用的相容性及有效性需要進行深入地研究；再如，由于納米顆粒的表面能量較高，它們在制備過程中容易發生團聚，這使得連續孔壁的形成與穩定性受到挑戰。
4、為解決上述研究過程中所發現的問題，本專利技術通過合理設計和優化制備工藝，構筑孔道連續豐富，孔壁納米粗糙化的三維大孔iro2納米材料；所提供的納米顆粒搭建的三維大孔結構氧化銥材料應用于電解水制氫的水氧化反應表現出優異的催化性能，有望在未來的能源技術中發揮重要作用，為解決當前的能源與環境問題提供重要的技術支持。
5、本專利技術的目的可以通過以下技術方案來實現：
6、本專利技術的目的之一為提供一種納米顆粒搭建的三維大孔結構氧化銥材料的制備方法，包括以下步驟：
7、(1)取銥鹽前驅體試劑溶解于去離子水中，制得銥鹽前驅體溶液，再加入兩親性三嵌段共聚物作為表面活性劑，溶解后得到銥鹽前驅體/兩親性三嵌段共聚物混合溶液；
8、(2)將聚合物模板劑超聲分散于去離子水中，制得模板劑乳液；
9、(3)將銥鹽前驅體/兩親性三嵌段共聚物混合溶液與模板劑乳液混合均勻，并恒溫烘干，得到銥前驅體填充的塊狀固體混合物；
10、(4)將銥前驅體填充的塊狀固體混合物在氧氣氣氛下高溫煅燒，得到由氧化銥納米顆粒搭建的三維大孔結構材料。
11、進一步地，步驟(1)中，所述銥鹽前驅體試劑為醋酸銥、乙酰丙酮銥中的任意一種。
12、進一步地，步驟(1)中，所述兩親性三嵌段共聚物為p123、f127中的任意一種。
13、進一步地，步驟(1)中，兩親性三嵌段共聚物與銥鹽前驅體試劑的質量比為1：3～50。
14、進一步地，步驟(1)中，銥鹽前驅體溶液的質量濃度為2％～15％。
15、進一步地，步驟(2)中，所述聚合物模板劑為球形ps、pmma中的任意一種，其球徑為100～500nm。
16、進一步地，步驟(2)中，所述聚合物模板劑的質量濃度為10～50mg/ml。
17、進一步地，步驟(3)中，銥鹽前驅體/兩親性三嵌段共聚物混合溶液與模板劑乳液的添加量滿足：聚合物模板劑與銥鹽前驅體試劑的質量比為4～10：1。
18、進一步地，步驟(3)中，恒溫烘干的溫度為60～90℃，時間為6～12h。
19、進一步地，步驟(4)中，煅燒溫度為350～600℃，時間為0.5～3h。
20、進一步地，步驟(4)中，煅燒氣氛為氧氣氣氛。
21、本專利技術的目的之二為提供一種納米顆粒搭建的三維大孔結構氧化銥材料，基于如上任一項所述的制備方法制備得到。
22、本專利技術的目的之三為提供了一種納米顆粒搭建的三維大孔結構氧化銥材料作為水氧化電催化劑在電解水中的應用。
23、與現有技術相比，本專利技術具有以下優點：
24、(1)本專利技術通過聚合物模板法結合兩親性三嵌段共聚物作為表面活性劑，成功制備了一種納米顆粒搭建的三維大孔結構氧化銥材料，可作為高效水氧化電催化劑應用于電解水析氧。這種獨特的零維納米與三維大孔的復合結構具有高比表面積、大孔體積率等優點，可以提供更多的催化活性位點，同時有利于反應物和生成物的傳質擴散。
25本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種納米顆粒搭建的三維大孔結構氧化銥材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種納米顆粒搭建的三維大孔結構氧化銥材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述銥鹽前驅體試劑為醋酸銥、乙酰丙酮銥中的任意一種。
3.根據權利要求1所述的一種納米顆粒搭建的三維大孔結構氧化銥材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述兩親性三嵌段共聚物為P123、F127中的任意一種。
4.根據權利要求1所述的一種納米顆粒搭建的三維大孔結構氧化銥材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，兩親性三嵌段共聚物與銥鹽前驅體試劑的質量比為1：3～50。
5.根據權利要求1所述的一種納米顆粒搭建的三維大孔結構氧化銥材料的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，所述聚合物模板劑為球形PS、PMMA中的任意一種，其球徑為100～500nm。
6.根據權利要求1所述的一種納米顆粒搭建的三維大孔結構氧化銥材料的制備方法，其特征在于，步驟(3)中，銥鹽前驅體/兩親性三嵌段共聚物混合溶液與模板劑乳液的添加量滿足：聚合物模板劑與銥鹽前驅體
7.根據權利要求1所述的一種納米顆粒搭建的三維大孔結構氧化銥材料的制備方法，其特征在于，步驟(3)中，恒溫烘干的溫度為60～90℃，時間為6～12h。
8.根據權利要求1所述的一種納米顆粒搭建的三維大孔結構氧化銥材料的制備方法，其特征在于，步驟(4)中，煅燒溫度為350～600℃，時間為0.5～3h。
9.一種納米顆粒搭建的三維大孔結構氧化銥材料，其特征在于，基于如權利要求1-8任一項所述的制備方法制備得到。
10.如權利要求9所述的納米顆粒搭建的三維大孔結構氧化銥材料作為水氧化電催化劑在電解水中的應用。
...【技術特征摘要】
1.一種納米顆粒搭建的三維大孔結構氧化銥材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種納米顆粒搭建的三維大孔結構氧化銥材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述銥鹽前驅體試劑為醋酸銥、乙酰丙酮銥中的任意一種。
3.根據權利要求1所述的一種納米顆粒搭建的三維大孔結構氧化銥材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述兩親性三嵌段共聚物為p123、f127中的任意一種。
4.根據權利要求1所述的一種納米顆粒搭建的三維大孔結構氧化銥材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，兩親性三嵌段共聚物與銥鹽前驅體試劑的質量比為1：3～50。
5.根據權利要求1所述的一種納米顆粒搭建的三維大孔結構氧化銥材料的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，所述聚合物模板劑為球形ps、pmma中的任意一種，其球徑為100～500nm。<...
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。